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淺論CAD/CAM軟件在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用
摘 要：CAD/CAM軟件可謂是全能產(chǎn)品，它們整合了工程圖出圖、零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動測量、機(jī)構(gòu)模擬、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等
關(guān)鍵詞：設(shè)計;應(yīng)用;軟件
我們知道成功的設(shè)計師應(yīng)具備以下幾點：1.強(qiáng)烈敏銳的感受能力，2.發(fā)明創(chuàng)造的能力，3.對作品的美學(xué)鑒定能力，4.對設(shè)計構(gòu)想的表達(dá)能力，5.具備全面的專業(yè)技能 。對于自己的設(shè)計理念，構(gòu)想怎樣在別人面前展示出來呢?以前就是手工畫出相應(yīng)圖紙結(jié)合說明書給人家講解，在現(xiàn)代社會就要通過運(yùn)用相關(guān)的軟件畫出相應(yīng)的二維圖紙和三維圖形來展示出來。那就要求設(shè)計師要熟悉一兩款二維平面圖形的軟件如Autocad等和三維軟件如PRO/E、UG等，下面就CAD/CAM軟件在設(shè)計中的輔助作用加以闡述。
一、三維設(shè)計軟件
CAD/CAM軟件可謂是全能產(chǎn)品，它們整合了工程圖出圖、零件設(shè)計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動測量、機(jī)構(gòu)模擬、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等。 所以，市面上凡是招產(chǎn)品設(shè)計師的基本上都會要求會幾款輔助設(shè)計軟件如：Pro/E、AutoCAD、或UG或SOLIDWORK或MASTERCAM等，對于設(shè)計師而言，如果不能使用相應(yīng)的軟件來輔助自己設(shè)計而要拿到含金量高的“飯碗”就有點困難了。
在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中所用軟件的功能各有千秋，現(xiàn)綜合自己在工廠所用和在學(xué)校所接觸到的實際，將產(chǎn)品設(shè)計中所用的CAD/CAM軟件特點及功能介紹如下：
(1)CAD系統(tǒng)軟件
CAD系統(tǒng)軟件包括CAD設(shè)計軟件、CAE分析軟件、CAM數(shù)控加工軟件等。
目前，在我國市場上銷售的各類CAD軟件中，最有代表性的CAD系統(tǒng)是美國Autodesk公司開發(fā)的具有三維功能的通用二維CAD繪圖軟件――AutoCAD，是當(dāng)前最普及的二維CAD平臺軟件之一：
1.具有完善的圖形繪制功能：能以多種方式創(chuàng)建直線、圓等基本圖形對象;2.有強(qiáng)大的圖形編輯功能：可以移動、復(fù)制、修剪、縮放對象等;3.標(biāo)注尺寸：可以創(chuàng)建多種類型尺寸，標(biāo)注外觀可以自行設(shè)定;4.可以進(jìn)行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力;5.支持多種操作平臺;6.具有通用性、易用性，適用于各類用戶。
(2)Pro/E
具有以下功能和特點：
1.Pro/E概念與工業(yè)設(shè)計;2.Pro/E詳細(xì)設(shè)計。Pro/E詳細(xì)設(shè)計可提供通用參數(shù)化實體建模功能，包括零件幾何建模、焊接設(shè)計、工程圖紙生成`-等;3.Pro/E仿真分析。Pro/E仿真分析包括對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與熱效分析、機(jī)構(gòu)動力分析和行為建模等;4.Pro/E制造。Pro/E制造功能可提供面向模具行業(yè)的NC編程等CAM功能，包括注塑專家、計算機(jī)輔助檢測等;5.Pro/E線路/管路系統(tǒng)設(shè)計。
(3)UG
UG NX的主要產(chǎn)品模塊與功能特點如下：
1.產(chǎn)品規(guī)劃。產(chǎn)品規(guī)劃提供了基于知識與需求的產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計工具與體制;2.外觀造型與工業(yè)設(shè)計。集外觀造型與工業(yè)設(shè)計于一體，支持產(chǎn)品創(chuàng)新工程。包括自由曲面建模、渲染等;3.產(chǎn)品設(shè)計。產(chǎn)品設(shè)計提供強(qiáng)大的零件設(shè)計、裝配設(shè)計、工程圖生成等產(chǎn)品設(shè)計功能;4.仿真分析與優(yōu)化。 通過數(shù)字化虛擬樣機(jī)實現(xiàn)對產(chǎn)品及其開發(fā)過程的數(shù)字化仿真、分析驗證與優(yōu)化等;5.工裝設(shè)計。工裝設(shè)計功能可提供強(qiáng)大的夾具和模具等工裝設(shè)計等;6.數(shù)控加工。數(shù)控加工功能可提供強(qiáng)大的2-5軸銑削加工NC編程、刀路與加工過程仿真、刀具庫管理等;7.協(xié)同管理平臺。包括工作流程管理、變更管理以及產(chǎn)品配置管理等。
三維設(shè)計軟件除了以上幾款軟件以外不同地區(qū)采用軟件略有不同，以上三款是最常用的，還有solidwork等，我就不在這里一一介紹了。
二、軟件功能
(1)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計
在零件設(shè)計過程當(dāng)中，設(shè)計者將設(shè)計思想以三維模型的形式表達(dá)。過去普遍采用二維工程圖，一次只能畫一個視角，非常繁瑣。CAD/CAM
思或已有的二維圖紙，就很方便地造出其三維模型，利用其二三維模型，可以進(jìn)行各種分析，在分析的基礎(chǔ)上，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計或用于后處理。如 CAXA創(chuàng)新設(shè)計不需要預(yù)先構(gòu)思好設(shè)計的結(jié)果，只要有原始的創(chuàng)新概念，便可從三維開始，通過三維的智能圖素和豐富開放的三維智能構(gòu)件，像搭積木和雕塑一樣，一步步把構(gòu)思表達(dá)出來，并通過直觀的可視化拖放操作或精確化的設(shè)定方法進(jìn)行動態(tài)修改，以達(dá)到滿意逼真的產(chǎn)品概念設(shè)計和詳細(xì)工程設(shè)計結(jié)果。
(2)零部件設(shè)計檢查
采用三維軟件設(shè)計時，所有結(jié)構(gòu)部件很方便用該軟件進(jìn)行干涉檢查，更正設(shè)計錯誤或修改設(shè)計不足，尤其對于一些有相對運(yùn)動的零部件，還可以對其運(yùn)動副進(jìn)行動態(tài)干涉仿真，以確定設(shè)計的合理性。
(3)復(fù)雜工裝設(shè)計
在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造，經(jīng)常需要設(shè)計一些復(fù)雜曲面成型工裝，如果用傳統(tǒng)的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計 ，在結(jié)構(gòu)上需要進(jìn)行復(fù)雜的計算 ，同時需要復(fù)雜的二維圖紙表達(dá)。但是用三維設(shè)計，根據(jù)必要的幾何尺寸，很方便地就可以做出三維結(jié)構(gòu)，在不斷調(diào)整各種尺寸和相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，最后自輸出二維工程圖進(jìn)行工裝制造。如游戲手柄：
(4)產(chǎn)品技術(shù)交流
1.產(chǎn)品銷售中的技術(shù)交流。在市場經(jīng)濟(jì)條件下，產(chǎn)品銷售過程中，產(chǎn)品介紹是一個必不可少的環(huán)節(jié)。采用三維技術(shù)做出的產(chǎn)品模型，非常直觀，再配以三維仿真，宣傳效果大大提高。如轎車產(chǎn)品仿真模型;2.生產(chǎn)過程中的技術(shù)交流。在生產(chǎn)過程中，相關(guān)人員要經(jīng)常對產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)交流。過去依靠二維工程圖，對于一些復(fù)雜產(chǎn)品，往往要進(jìn)行反復(fù)交流才能解決問題。利用三維技術(shù)進(jìn)行交流，雙方很快達(dá)成共識�，F(xiàn)在很多技術(shù)方案都是采用三維實體設(shè)計技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交流工作。
(5)提高產(chǎn)品的可視化程度、縮短生產(chǎn)周期
當(dāng)手工模型與效果圖之間不可避免地產(chǎn)生一定差距 (包括形態(tài)和表面質(zhì)感)，根據(jù)模型而到的生產(chǎn)尺寸相對于模型本身也同樣會產(chǎn)誤差 ，這兩種誤差并必然使最終得到的產(chǎn)品模型和效果圖之間極可能產(chǎn)生較大的差距，這種差距往往是與設(shè)計師的愿望背道而馳。但如果采用計算機(jī)輔助設(shè)計 (CAIM)，專業(yè)工業(yè)設(shè)計軟件 Proe結(jié)合 3Dsmax配合快速成機(jī) ，至少可以得到以下幾個方面的改善 ：1.設(shè)計產(chǎn)品效果圖時即可同時做質(zhì)感和結(jié)構(gòu)工藝等設(shè)計 ，甚至能同時得到生產(chǎn)圖，這為產(chǎn)品的并行化設(shè)計提供了堅實的基礎(chǔ)和條件。2.使設(shè)計中十分困難的表面質(zhì)感設(shè)計變得容易，在電腦中能方便地模擬調(diào)制出各種材料和質(zhì)感 ;3.對于一些小型的產(chǎn)品，可以省去傳統(tǒng)設(shè)計中手工制作模型的程序直接采用快速成型;4.前述的兩種誤差將得到完美的解決，因而能最終得到的產(chǎn)品與前期設(shè)計的電腦中的數(shù)字模型及有快速成型機(jī)得到的模型幾乎保持了完全的一致。從而縮短產(chǎn)品確認(rèn)周期，從而方便客戶快速確認(rèn)而投產(chǎn)。
在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中，因為有了三維設(shè)計軟件，我們不僅可以快速地 “畫”出效果圖，還能逼真地模擬出產(chǎn)品的實際效果 (包括表面質(zhì)感和光影等 )和準(zhǔn)確的透視，從不同的角度展示產(chǎn)品的各個方向和結(jié)構(gòu)部件的效果，因而有時可以省掉做手工模型這一低效率的環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期。在實行市場經(jīng)濟(jì)的今天，新產(chǎn)品開發(fā)效率的提高所起的作用往往是決定性的，與企業(yè)的前途生死攸關(guān)。 在計算機(jī)面前設(shè)計，傳統(tǒng)的圖板 、尺、規(guī)、筆 、紙、顏料等工具均被削弱了原有的地位和價值，計算機(jī)操作平臺為我們提供了無限廣闊的空間。這種方式被稱為“無紙化設(shè)計”，它大大降低了我們的勞動強(qiáng)度，也提高了設(shè)計的效率。同時，這些軟件之間可以通過某些方式互相聯(lián)系，也就是存在著一些相互聯(lián)接的接口，這便于在設(shè)計時取長補(bǔ)短。這樣，我們幾乎沒有不能完成的任務(wù)，當(dāng)然包括很多手工根本無法完成的任務(wù)。
我們不得不承認(rèn)，對設(shè)計而言，電腦主要充當(dāng)著輔助工具的角色。記住，它是一個工具，一個與以往設(shè)計師們做設(shè)計時所使用的筆、尺等有著相同性質(zhì)的工具，只不過相比較而言它具有一定的優(yōu)勢，甚至是大大的優(yōu)勢，只是我們從事設(shè)計的手段，它本身并不是設(shè)計作品質(zhì)量的根本保證。作為設(shè)計師，最重要的莫過于作品本身的的質(zhì)量和內(nèi)涵的理解和把握，這要取決于設(shè)計師各方面的素質(zhì)，如科技文化素質(zhì)、思維水平和理論修養(yǎng)等等，而不是掌握設(shè)計軟件水平的高低，只有把電腦設(shè)計和手工繪制有機(jī)地結(jié)合在一起，才能達(dá)到完美的效果。
參考文獻(xiàn)：
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